基于虚拟惯性控制的直流微电网稳定性分析及其改进方法

虚拟惯性控制可以增强直流微电网的惯性,防止直流母线电压突变,但其对系统稳定性的影响还不明确。以基于虚拟惯性控制的直流微电网为研究对象,推导并网换流器和恒功率负载的小信号模型,得到电源侧输出阻抗和负载输入阻抗。根据频率分析法和阻抗匹配准则,分析虚拟惯性系数和恒功率负载对系统稳定性的影响。从阻抗匹配的角度出发,提出串联虚拟阻抗减小电源侧输出阻抗,从而提高系统稳定裕度。     

交流微电网直流互联变流器系统多阻抗优化控制

为了实现系统功率双向传输控制、有功无功解耦控制、故障隔离等目标,2个交流微电网通过背靠背结构的电压源型变流器（VSC）进行直流互联。在功率双向流动系统中,定功率控制模式下变流器作为功率负载时,其直流或交流端口阻抗会呈负阻抗特性,进而减小系统阻尼,容易让系统失去稳定。针对该问题,提出一种多阻抗优化控制方法,不仅将该变流器直流和交流端口的负阻抗优化为正阻抗,还对定直流电压模式下的变流器直流端口阻抗进行优化,减小两侧阻抗的相位差,多角度增强系统的稳定性。首先,对系统的结构和控制进行了简单介绍。其次,对优化前两侧变流器多个端口阻抗的特性进行分析。然后,分析了多阻抗优化控制的工作机理,并得到优化后的端口阻抗模型。依据最小环路比和奈奎斯特稳定判据,对比分析了优化前后系统的稳定性。结果表明：提出的多阻抗优化控制方法能对系统中多个端口阻抗进行优化,不仅可以将原交、直流侧的阻抗特性从负优化为正,还可以减小直流侧阻抗间的相位差,使系统保持更大的稳定裕度。最后通过Matlab/Simulink仿真对所提控制方法的有效性进行了验证。     

基于纵横交叉算法的直流微电网趋优稳定性分析

在直流微电网稳定性分析中,为解决多指标趋优化运行提高系统稳定性问题,提出了一种纵横交叉算法(crisscross optimization algorithm,CSO)求解参数趋优解方法,该算法能够实现全局并行搜索,有效地规避参数局部解对稳定性分析的影响。首先建立多源多负荷直流微电网的小信号模型,利用特征根分析方法计算出系统主导模态,通过参与因子法解耦状态变量对主导模态的影响程度,将主导模态实部作为CSO的目标函数并引入条件约束的惩罚函数进行稳定性分析。通过CSO的搜索优化能力找寻到电源下垂系数趋优解,以此增大阻尼、提高系统稳定性,并利用CSO发现源侧线路采用两长一短输电也可提高系统稳定性。最后,通过仿真分析和实验验证所提控制策略的正确性与有效性。     

双母线直流微电网的级联稳定性分析

双母线直流微电网因具有供电可靠、负载匹配性高、接入中低压配电网系统灵活方便等特点,逐渐成为未来家庭和楼宇的主要供电架构之一,而级联稳定性分析是其设计中的重要问题.对双母线直流微电网在不同稳态运行模式下的级联小信号稳定性进行分析,利用广义状态空间建模法、传统状态空间平均建模法建立变换器的阻抗模型,根据系统各单元稳态运行模...     

含虚拟惯性控制的直流微电网稳定性分析EI北大核心CSCD

为分析不同类型虚拟惯性控制对直流微电网产生的影响,首先建立了各电源与负载侧换流器的小信号模型,并分析了电网与蓄电池侧换流器在应用不同虚拟惯性控制时,其换流器端口的动态响应特性以及阻抗特性。其次,考虑到多换流器交互引起的稳定性问题,建立直流微电网的等效阻抗模型,根据阻抗匹配准则,分析了在不同控制模式下控制器与系统参数变化对系统稳定性的影响规律。根据稳定性以及动态特性分析可得出,在蓄电池侧换流器应用虚拟发电机型惯性控制可以使系统获得更好的动态特性与稳定边界。最后在Matlab时域仿真与RT-LAB实时仿真平台上分别建立了直流微电网仿真模型,并对相关理论分析进行了验证。     

模块化多电平换流器型多端高压直流输电控制参数优化方法

针对模块化多电平换流器型多端直流(MMC-MTDC)输电系统的稳定性受不同换流站控制系统之间相互作用的影响,不恰当的控制参数可能会降低MMC-MTDC系统的稳定裕度问题,提出一种MMC-MTDC控制参数的优化方法以提升系统的稳定裕度.首先,建立包括MMC主回路、控制系统、交流系统与直流系统的MMC-MTDC小信号模型....     

聚合恒功率负荷对直流微电网稳定性影响的阻抗法分析

电动汽车等恒功率负荷大量接入直流微电网可能导致系统振荡失稳,对系统的稳定运行提出了挑战.分析了恒功率负荷聚合接入导致系统失稳的机理,并提出了一种基于Nyquist判据的直流微网稳定性估计方法.首先,在负荷动态特性相同的假设下,推导了直流微网等效降阶模型,将含N个恒功率负荷的高阶直流微网等效为含单个负荷接入的微网降阶系统...     

直流微电网多端口变换器虚拟惯性控制策略

目前,直流配电系统内部多变换器并联一般采用传统的下垂控制策略,系统表现出低惯性、弱阻尼的特征,使得系统稳定性较差,为此提出了一种用于直流微电网多端口变换器的类虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)虚拟惯性控制策略.该策略可同时实现下垂、虚拟惯性及阻尼特性功能.首先,对多端口...     

直流微电网建模与稳定性分析

针对直流微电网的稳定性问题,采用状态空间法建立了直流微电网中多种变流装置及其控制系统的平均模型,并在此基础上对直流微电网进行了小扰动稳定性分析,得出了随着变流器控制参数变化的系统特征值轨迹。分析表明,当变流器的控制系数增大到一定数值时,将会出现实部为正的系统特征值,即系统不稳定。为了验证这一分析方法的可行性,又对所研究的直流微电网进行了时域仿真,得出负荷突增时不同控制系数下的时域电压曲线。仿真结果一方面验证了稳定性分析的结果,另一方面也表明,当控制系数在稳定范围内时,系数越大,则电压控制的效果也越好。由此可见,合理选择变流器的控制参数能够很好地保证直流微电网的电压稳定性。     

基于虚拟直流发电机的风储直流微电网控制策略研究

为了提高风储直流微电网的惯性,提出了一种基于虚拟直流发电机的风机后级变换器控制策略,建立了风力发电系统和储能系统小信号模型,得到了风储直流微电网的小信号模型以及蓄电池充、放电模式下的阻抗比表达式。并在转动惯量变化范围内选取典型值代入到阻抗比表达式中进行了计算和分析,揭示了微电网的基本特性及转动惯量对微电网稳定性的影响。以直流母线电压波动范围最小和系统动态响应时间最优为多目标,给出了粒子群优化求解算法及流程,进而求得了系统的最优转动惯量。不同工况下的仿真结果表明,所提控制策略不仅可以在风机最大功率和限功率跟踪模式下提高系统惯性,还可以在负载和风速变化时使母线电压的波动范围达到最小,实现了系统的优化运行,从而验证了所提控制策略的正确性和可行性。     

基于虚拟直流机的直流微电网电压稳定控制策略

针对大量恒功率负荷接入直流微电网致使直流微电网失稳的问题,提出了一种基于虚拟直流机(VDCM)的直流微电网电压稳定控制策略。控制策略以储能双向DC/DC变流器为研究对象,基于直流电机原理,以电感电流为反馈量在传统下垂控制的基础上引入VDCM环节,增强系统阻尼,降低恒功率负荷对系统稳定性的影响。通过建立所提控制策略下的直流微电网小信号模型,利用阻抗匹配原则分析相关参数变化时系统的稳定性,并将其与传统的VDCM控制策略进行对比。最后,搭建仿真模型和硬件实验平台,验证所提控制策略的有效性。结果表明：所提控制策略使变流器具备了直流电机的惯量和阻尼特性,在提升系统稳定性的同时,也在一定程度上改善了系统动态响应性能,且其控制效果优于传统的VDCM控制策略。     

直流微电网大扰动稳定判据及关键因素分析

混合势函数理论可以给出解析形式的大扰动稳定性判据,是非线性系统大扰动稳定性分析的有效工具。该文以直流微电网为研究对象,建立了并网电压源换流器为主电源时,系统的混合势函数模型,推导了考虑电压环输出限幅下系统的大扰动稳定性判据。基于该判据和李雅普诺夫方法,首先分析了负载类型对系统大扰动稳定性的影响。然后分析了物理参数和控制参数对系统稳定边界的影响,以及稳定性判据和系统暂态振荡次数的关系。基于暂态过程的能量守恒,给出了使得稳定性判据成立的电容极值估算方法,探讨了电压环输出限幅对电容极值的影响,分析了电容对系统稳定性、暂态振荡次数和响应速度的影响。最后,通过电磁暂态仿真验证了稳定性判据的准确性。     

基于下垂控制的直流微电网小扰动稳定性分析

本文针对基于下垂控制的直流微电网的稳定性问题,搭建了包括AC/DC整流器和DC/DC变流器及其控制系统的直流微电网系统模型,并在此基础上对直流微电网进行了小扰动稳定性分析,得出了在采取不同下垂系数时的系统特征值。算例结果表明,在设置合理的控制器参数和滤波器参数的前提下,直流微电网在下垂系数较大时仍能保持稳定。为进一步验证分析方法的有效性,对所研究的直流微电网进行了时域仿真,仿真结果验证了小扰动稳定性分析的正确性。     

特高压直流控制器参数优化与系统稳定性分析

特高压直流输电由于具有输送距离远、输送容量大等优势而在国内外得到了广泛应用.在一个特高压直流工程的设计中,控制器参数的优化选取至关重要,其直接决定了系统的抗干扰性能及动态响应性能.传统的控制器选取方式一般采用经验试凑法,在系统参数发生较大变化时,会耗费大量时间重新调试参数.根据实际工程中遇到的参数调试问题,给出了一种能较精确反映直流输电控制系统的数学模型,根据此模型,运用根轨迹方法能快速判定出系统的稳定边界,并给出一种特高压直流输电系统实用的运用频率响应法设计控制器参数的方法。     

基于灰狼算法的直流微电网H∞鲁棒控制

在直流微电网系统中,负荷中常含有大量的恒功率负载(constant power load,CPL),其表现为负阻尼特性。CPL的接入会降低系统的稳定性,造成直流母线电压的振动失稳甚至造成系统的崩溃。首先,建立了单换流器直流微电网的小信号模型,根据小信号模型通过根轨迹法分析了CPL的接入对系统稳定性的影响。然后,提出了一种基于H∞控制理论下混合灵敏度优化的控制结构,相比传统PI控制具有更好的控制性能,提升了直流微电网系统的稳定性。采用改进灰狼优化算法（improved grey wolf optimization,IGWO）优化控制参数,进一步提升了控制性能。最后在MATLAB/Simulink中对两端口直流微电网模型进行仿真,验证了所提出的控制策略具有良好性能,能有效提高系统的稳定性。     

直流微电网集群的大信号稳定性分析

直流微电网集群通常由多个直流微电网互联而成,通过灵活的功率流动控制实现区域能源共享和优化利用,以充分发挥直流分布式发电系统的优势。然而,小规模直流微电网具有低惯性和高阻抗的“弱电网”特性,“弱-弱”互联会降低集群系统的阻尼,甚至出现振荡或系统崩溃等严重后果。同时,直流微电网集群的高阶、强耦合以及非线性动态特性也对其稳定性分析带来了巨大挑战。为此,基于Brayton-Moser混合势理论,提出针对直流微电网集群的大信号稳定性分析方法。建立集群的大信号降阶模型,详细推导用于系统大信号稳定性判据的混合势函数,并分析关键参数对稳定区间的影响,最后通过实时仿真结果验证了该分析的正确性。     

基于等值单机非线性模型的多换流器并联直流系统暂态稳定性分析及控制参数整定方法EI北大核心CSCD

针对“状态变量多、阶数高”给多换流器并联直流系统暂态稳定性分析带来的困难,提出计及多换流器动态交互的等值单机非线性模型,简化大扰动稳定性分析及控制参数设计复杂度。首先,对每台换流器下垂双环控制中的所有状态变量做等效变换,建立直流系统的等值单机非线性模型;其次,基于等值单机的Takagi-Sugeno(TS)模糊模型刻画出最大估计吸引域,分析系统控制参数设计不合理导致的“小扰动稳定、大扰动失稳”问题;然后,提出基于等值单机的直流系统控制参数整定方法,通过等值单机设计推导系统中每台换流器的控制参数,降低了直流系统控制参数设计的难度,最后,RT-BOX硬件在环实验平台验证等值单机非线性模型及理论分析的准确性。